JP2014052146A - Heat storage/release apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄放熱装置に関する。 The present invention relates to a heat storage and dissipation device.
近年、省エネルギーなどの観点から、ケミカルヒートポンプや吸着式冷凍装置を始めとする、廃熱などの熱源を回収して利用するための熱回収システムが注目されている。 In recent years, a heat recovery system for recovering and using a heat source such as waste heat, such as a chemical heat pump and an adsorption refrigeration apparatus, has attracted attention from the viewpoint of energy saving.
熱回収システムは、一般的に、反応媒体と可逆的に反応する蓄熱材(以後、反応材と称する)との間で熱を交換する蓄放熱装置と、反応媒体を蒸発させる蒸発器と、反応媒体を凝縮させる凝縮器とが、開閉機構を介して接続される。また、蓄放熱装置は、一般的に、熱媒が移動する熱媒流路と、該熱媒流路と熱的に接続され、反応材を収納する反応材収納部とを有して構成される。 A heat recovery system generally includes a heat storage and heat dissipation device that exchanges heat with a heat storage material that reacts reversibly with a reaction medium (hereinafter referred to as a reaction material), an evaporator that evaporates the reaction medium, a reaction A condenser for condensing the medium is connected via an opening / closing mechanism. The heat storage and heat dissipation device is generally configured to include a heat medium passage through which a heat medium moves, and a reaction material storage section that is thermally connected to the heat medium flow path and stores the reaction material. The
熱回収システムを使用して効率的に熱を回収するために、反応材と、熱媒流路と熱的に接続された反応材収納部の壁部とが常に密着していることが好ましい。しかしながら、反応材は、蓄熱及び放熱の過程で、膨張及び収縮するため、反応材と反応材収納部の壁部を常に密着させることが困難である。そのため、特許文献1などでは、バネ部材などの弾性材を使用して、反応材を反応材収納部の壁部に押し当てる技術が記載されている。
In order to efficiently recover heat using the heat recovery system, it is preferable that the reaction material and the wall portion of the reaction material storage portion thermally connected to the heat medium flow path are always in close contact with each other. However, since the reaction material expands and contracts in the process of heat storage and heat dissipation, it is difficult to always closely contact the reaction material and the wall portion of the reaction material storage portion. Therefore,
しかしながら、特許文献1の方法では、蓄放熱装置の構成が複雑であり、経済的でないという問題点を有していた。
However, the method of
上記課題に対して、熱交換性能に優れた、経済的な蓄放熱装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an economical heat storage and heat dissipation device with excellent heat exchange performance.
熱媒が移動する熱媒流路と、
前記熱媒流路と熱的に接続され、反応媒体と可逆的に反応する反応材を収納する、反応材収納部と、
前記反応材収納部内に配置され、前記反応材収納部内の圧力に依存して膨張及び収縮し、前記の膨張時に前記反応材を前記反応材収納部の外壁に押し当てる密閉中空体と、
を有する蓄放熱装置が提供される。
A heat medium flow path through which the heat medium moves; and
A reaction material storage unit that is thermally connected to the heat medium flow path and stores a reaction material that reacts reversibly with the reaction medium; and
A sealed hollow body that is disposed in the reaction material storage unit, expands and contracts depending on the pressure in the reaction material storage unit, and presses the reaction material against the outer wall of the reaction material storage unit during the expansion;
A heat storage and heat dissipation device is provided.
本発明によれば、熱交換性能に優れた、経済的な蓄放熱装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the economical thermal storage / dissipation apparatus excellent in heat exchange performance can be provided.
以下、図を参照して、本実施形態を説明する。 Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the drawings.
(反応材及び反応媒体)
反応材としては、反応媒体との吸脱着を可逆的に行うことができ、吸脱着の過程で固体又はゲルの形態である反応材であれば、特に限定されない。
(Reaction material and reaction medium)
The reaction material is not particularly limited as long as it can be reversibly adsorbed and desorbed with the reaction medium and is in the form of a solid or gel in the process of adsorption and desorption.
反応媒体としては、例えば、水、アンモニア、メタノールなどを使用することができる。反応媒体として水を用いる場合、反応材としては、例えば、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化マンガン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどを使用することができるが、本発明はこれに限定されない。反応媒体としてアンモニアを用いる場合、反応材としては、例えば、塩化マンガン、塩化マグネシウム、塩化ニッケル、塩化バリウム、塩化カルシウムなどを使用することができる。反応媒体としてメタノールを使用する場合、反応材としては、例えば、塩化マグネシウムなどが挙げられる。 As the reaction medium, for example, water, ammonia, methanol or the like can be used. When water is used as the reaction medium, examples of the reaction material include calcium sulfate, sodium sulfate, calcium chloride, magnesium chloride, manganese chloride, calcium oxide, magnesium oxide, sodium acetate, and sodium carbonate. The present invention is not limited to this. When ammonia is used as the reaction medium, examples of the reaction material that can be used include manganese chloride, magnesium chloride, nickel chloride, barium chloride, and calcium chloride. When methanol is used as the reaction medium, examples of the reaction material include magnesium chloride.
また、反応材は1種類を単独で使用しても良く、2種類以上を混合して使用しても良い。さらに、反応材間の熱伝導性を高めるために、粒状グラファイトや金属粉を混合して使用しても良い。 Moreover, the reaction material may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it. Furthermore, in order to improve the thermal conductivity between the reaction materials, granular graphite or metal powder may be mixed and used.
また、本実施形態において、反応材は粒状で使用しても良く、例えばプレス成形などにより板状にして使用しても良い。 In the present embodiment, the reaction material may be used in a granular form, for example, in a plate shape by press molding or the like.
(密閉中空体)
本実施形態における密閉中空体(密閉型中空体、中空構造体)は、蓄放熱装置が通常使用される圧力範囲内で膨張及び収縮の変形が可能であれば、特に限定されない。なお、蓄放熱装置が通常使用される圧力範囲とは、前述の反応材と反応媒体との組み合わせなどに依存する。
(Closed hollow body)
The sealed hollow body (sealed hollow body, hollow structure) in the present embodiment is not particularly limited as long as it can be expanded and contracted within the pressure range in which the heat storage and heat dissipation device is normally used. Note that the pressure range in which the heat storage and heat dissipation device is normally used depends on the combination of the aforementioned reaction material and reaction medium.
具体的には、密閉中空体は、金属箔などの材料を用いて作成することが好ましい。金属箔を用いて密閉中空体を製造した場合、密閉中空体の熱容量が小さく、反応媒体と反応することによって発生した熱を効率良く利用することができるため好ましい。 Specifically, the sealed hollow body is preferably created using a material such as a metal foil. It is preferable to produce a sealed hollow body using a metal foil because the heat capacity of the sealed hollow body is small and the heat generated by reacting with the reaction medium can be used efficiently.
図1に、本実施形態に係る密閉中空体の作成方法の一例を説明するための概略図を示す。密閉中空体1は、例えば矩形である1対(2枚)の金属箔を、拡散接合することにより、形成することができる。図1の左図に示されるように、例えば破線の外側の金属箔の外縁部をシール部2aとし、シール部2aを除く部分を中空構造部2bとし、2対の金属箔のシール部2aの対応する部分を、例えば拡散接合することによって、図1の右図に示される密閉中空体1を形成することができる。
In FIG. 1, the schematic for demonstrating an example of the production method of the sealed hollow body which concerns on this embodiment is shown. The sealed
また、図2に、本実施形態に係る密閉中空体の作成方法の他の例を説明するための概略図を示す。図2の左図において、金属箔2は、中心部が略円形に切り抜かれた略円形で構成される。図2の左図で示される金属箔2の内縁部及び外縁部をシール部2aとし、シール部2aを除く部分を中空構造部2bとし、2対の金属箔のシール部2aの対応する部分を拡散接合することで、図2の右図に示される密閉中空体1を形成しても良い。
Moreover, the schematic for demonstrating the other example of the production method of the sealed hollow body which concerns on FIG. 2 to this embodiment is shown. In the left view of FIG. 2, the
また、図3及びに、本実施形態に係る密閉中空体の作成方法の他の例を説明するための概略図を示す。図3の左図において、金属箔2は、略コの字形で構成される。図4の左図の金属箔は、図3の金属箔が連続した構造を有する。図3及び図4の右図で示されるように、金属箔の外縁部をシール部2aとし、シール部2aを除く部分を中空構造部2bとし、2対の金属箔のシール部2aの対応する部分を拡散接合することで、密閉中空体1を形成しても良い。
Moreover, the schematic for demonstrating the other example of the preparation method of the sealed hollow body which concerns on FIG. 3 and this embodiment to this embodiment is shown. In the left view of FIG. 3, the
図2、図3及び図4の実施形態の密閉中空体は、後述するフィンチューブ型の蓄放熱装置を採用する場合、好ましく使用することができる。フィンチューブ型の蓄放熱装置は、通常、複数の反応材収納部が直列に配置され、その直列方向に伸び、かつ、反応材収納部の外壁の一部を形成するチューブ状の熱媒流路を有する。図2の左図の中心部の略円形は、チューブ状の熱媒流路の径に対応するように、図3及び図4の左図で示す実施形態のような密閉中空体の切り込み部3の幅は、チューブ状の熱媒流路の幅に対応するように設計されることが好ましい。 The sealed hollow body of the embodiment of FIGS. 2, 3 and 4 can be preferably used when a fin-tube type heat storage / dissipation device described later is employed. A fin-tube-type heat storage / dissipation device is generally a tubular heat medium flow path in which a plurality of reaction material storage portions are arranged in series, extend in the series direction, and form part of the outer wall of the reaction material storage portion Have The substantially circular shape at the center of the left figure in FIG. 2 corresponds to the diameter of the tube-shaped heat medium flow path, and the cut-out part 3 of the sealed hollow body as in the embodiment shown in the left figures in FIG. 3 and FIG. The width is preferably designed to correspond to the width of the tubular heat medium flow path.
なお、密閉中空体には、気体が封入されている。気体としては、蓄放熱装置が作動する圧力、温度で気体であれば、特に限定されないが、経済的な観点から大気が好ましい。また、密閉中空体には更に、液体が封入されていても良い。液体としては、蓄放熱装置が作動する圧力、温度で気化して気体になるものであれば、特に限定されないが、経済的な観点から水が好ましい。 In addition, gas is enclosed in the sealed hollow body. The gas is not particularly limited as long as it is a gas at the pressure and temperature at which the heat storage / dissipation device operates, but the atmosphere is preferable from an economical viewpoint. Further, the sealed hollow body may be further filled with a liquid. The liquid is not particularly limited as long as it is vaporized at the pressure and temperature at which the heat storage and heat dissipation device operates to become a gas, but water is preferable from an economical viewpoint.
上記では、本実施形態に係る密閉中空体の作成方法について、具体的な例を示して説明した、本発明は、変形可能な密閉中空体を作成することができれば、上記の作成方法に限定されない。 In the above, the method for producing a sealed hollow body according to the present embodiment has been described with reference to a specific example. The present invention is not limited to the above-described production method as long as a deformable sealed hollow body can be produced. .
次に、本実施形態における密閉中空体の効果について説明する。 Next, the effect of the sealed hollow body in the present embodiment will be described.
(第1の実施形態)
本実施形態の密閉中空体をプレート型熱交換器に適用した実施形態について説明する。図5に、本実施形態に係る蓄放熱装置の例の概略図を示す。
(First embodiment)
An embodiment in which the sealed hollow body of the present embodiment is applied to a plate type heat exchanger will be described. In FIG. 5, the schematic of the example of the thermal storage / dissipation apparatus which concerns on this embodiment is shown.
本実施形態に係る蓄放熱装置10は、熱媒(体)が移動する熱媒流路11と、熱媒流路11と熱的に接続される反応材収納部12と、を有する。通常、熱媒流路11及び反応材収納部12は、複数箇所設けられる。
The heat storage and
本実施形態では、1つの反応材収納部12には、上述した密閉型中空体1と、密閉型中空体1を挟むように配置された2対の反応材13が設置されている。本実施形態では、反応材13は、プレス成形などの方法により、予め板状に成形されている。
In the present embodiment, one reaction
図6に、本実施形態に係る密閉型中空体の効果を説明するための概略図を示す。具体的には、図6(a)は、反応材収納部12が大気圧下にある場合の概略図であり、図6(b)は、反応材収納部12が減圧下にある場合の概略図である。
In FIG. 6, the schematic for demonstrating the effect of the airtight type hollow body which concerns on this embodiment is shown. Specifically, FIG. 6A is a schematic diagram when the reaction
図6(a)に示すように、例えば反応材13を交換する場合などにおいては、反応材収納部12内は大気下にある。この場合は、反応材13には、中空構造体1からの力が実質的に作用されない。そのため、反応材の着脱は容易に実施される。
As shown in FIG. 6A, for example, when the
一方、蓄放熱装置10が減圧下で作動する場合、密閉中空体1は膨張する。この膨張力により、図6(b)に示すように、反応材13が、反応材収納部12の外壁へと押し当てられる。これにより、蓄放熱装置10を作動させる際に、反応材13と熱媒流路11との間の伝熱特性が向上する。また、反応材は、蓄熱又は放熱時に、膨張又は収縮する。従来の蓄放熱装置においては、例えば収縮時において、反応材と反応材収納部の外壁との密着性が保てないことがあった。しかしながら、本実施形態の構成を採用することにより、蓄熱及び放熱の両過程において、反応材と反応材収納部の外壁との伝熱性を十分にすることができる。また、密閉中空体1を使用する本実施形態は、密閉中空体の膨張時に密閉中空体が反応材を押す力が、反応材の広い範囲で均一になるという利点も有する。
On the other hand, when the heat storage and
なお、本実施形態の蓄放熱装置10は、大気圧又は大気圧を超える圧力でも作動することができる。蓄放熱装置10が大気圧又は大気圧を超える圧力で作動する実施形態について、具体例を挙げて説明する。一例として、100kPaの水蒸気を反応媒体として使用し、反応材として硫酸カルシウムを使用する実施形態について説明する。この場合、密閉中空体1は略大気圧と同様の環境下に置かれるため、前述した膨張に起因する押し当てる力が十分でない。しかしながら、100kPaの水蒸気を反応媒体として使用し、反応材として硫酸カルシウムを使用する場合、硫酸カルシウムと水蒸気との反応により反応材収納部12の温度は190℃前後となる。そのため、密閉中空体1に密閉された気体(例えば大気)の圧力は上昇して100kPaを超えるため、密閉中空体1が膨張する。この膨張力を利用して、反応材13を、反応材収納部12の外壁へと押し当てることができる。なお、蓄放熱装置10を、大気圧又は大気圧を超える圧力で作動させる場合、密閉中空体1に水などの液体を封入することが好ましい。これにより、作動環境下において水が気化するため、密閉中空体1をより容易に膨張させることができる。
In addition, the thermal storage /
密閉中空体の大きさは、反応材収納部12及び反応材13の容積、反応材の種類、封入する気体及び/又は液体の種類、作動圧力及び作動温度範囲などに応じて、当業者が適宜選択することができる。
The size of the sealed hollow body is appropriately determined by those skilled in the art according to the volume of the reaction
上述したように、本実施形態の密閉中空体により、反応材の交換時と反応材の反応媒体との反応時などといった、圧力が異なる環境下における、膨張及び収縮を利用して、反応材の着脱の容易性と蓄放熱装置の熱交換特性とを両立することができる。 As described above, the sealed hollow body of the present embodiment uses the expansion and contraction of the reaction material in an environment with different pressures, such as when the reaction material is exchanged and when the reaction material reacts with the reaction medium. Easy attachment and detachment and heat exchange characteristics of the heat storage and heat dissipation device can be achieved.
なお、図5においては、プレート型熱交換器の蓄放熱装置10を簡略化して示した。具体的には、プレート型熱交換器は一般的に、複数の熱媒流路を集約させて熱媒の出入りを行う配管、反応材13と反応する反応媒体の流路などを有するが、これらは簡単のために図示していない。
In addition, in FIG. 5, the thermal storage /
(第2の実施形態)
本実施形態の密閉中空体をプレート型熱交換器に適用した他の実施形態について説明する。図7に、本実施形態に係る蓄放熱装置の他の例の概略図を示す。
(Second Embodiment)
Another embodiment in which the sealed hollow body of the present embodiment is applied to a plate type heat exchanger will be described. In FIG. 7, the schematic of the other example of the thermal storage / dissipation apparatus which concerns on this embodiment is shown.
第2の実施形態の蓄放熱装置は、第1の実施形態に対して、熱媒流路の向きが90度傾いた蓄放熱装置である。第2の実施形態の蓄放熱装置においても、第1の実施形態と同様に、反応材の着脱の容易性と蓄放熱装置の熱交換特性とを両立することができる。 The heat storage and heat dissipation device of the second embodiment is a heat storage and heat dissipation device in which the direction of the heat medium flow path is inclined by 90 degrees with respect to the first embodiment. Also in the heat storage and heat dissipation apparatus of the second embodiment, both the ease of attaching and detaching the reaction material and the heat exchange characteristics of the heat storage and heat dissipation apparatus can be achieved in the same manner as in the first embodiment.
なお、熱媒流路の向きは、図5や図7の向きに限定されず、例えば、図5で示される向きから0度より大きく90度より小さい範囲の如何なる角度で傾いた熱媒流路を採用しても良い。 The direction of the heat medium flow path is not limited to the direction of FIG. 5 or FIG. 7, for example, the heat medium flow path inclined at any angle in the range of greater than 0 degrees and smaller than 90 degrees from the direction shown in FIG. May be adopted.
(第3の実施形態)
本実施形態の密閉中空体をプレート型熱交換器に適用した他の実施形態について説明する。図8に、本実施形態に係る蓄放熱装置の他の例の概略図を示す。
(Third embodiment)
Another embodiment in which the sealed hollow body of the present embodiment is applied to a plate type heat exchanger will be described. In FIG. 8, the schematic of the other example of the thermal storage / dissipation apparatus which concerns on this embodiment is shown.
第3の実施形態の蓄放熱装置は、反応材13として粉末状の反応材を採用している。第3の実施形態においても、密閉中空体1は、圧力が異なる環境下において膨張及び収縮することができる。密閉中空体1の膨張時には、粉末状の反応材13が、反応材収納部12の外壁へと押し付けられる。一方、密閉中空体1の収縮時には、この押し付ける力が解除されるため、反応材13を容易に交換することができる。
The heat storage and heat dissipation device of the third embodiment employs a powdery reaction material as the
したがって、本実施形態の密閉中空体により、圧力が異なる環境下における、膨張及び収縮を利用して、反応材の着脱の容易性と蓄放熱装置の熱交換特性とを両立することができる。 Therefore, the sealed hollow body of the present embodiment makes it possible to achieve both ease of attachment / detachment of the reaction material and heat exchange characteristics of the heat storage / dissipation device by utilizing expansion and contraction in environments with different pressures.
(第4の実施形態)
本実施形態の密閉中空体をフィンチューブ型熱交換器に適用した実施形態について説明する。図9に、本実施形態に係る蓄放熱装置の他の例の概略図を示す。
(Fourth embodiment)
An embodiment in which the sealed hollow body of the present embodiment is applied to a finned tube heat exchanger will be described. In FIG. 9, the schematic of the other example of the thermal storage / dissipation apparatus which concerns on this embodiment is shown.
本実施形態に係る蓄放熱装置10は、熱媒が移動するチューブ状の熱媒流路11と、熱媒流路と熱的に接続される反応材収納部12と、を有する。反応材収納部12は、通常、複数の反応材収納部12が熱媒の移動方向に配置されている。複数の反応材収納部12は、反応材収納部12の外壁の一部を形成し、熱媒流路11と熱的に接続された伝熱フィン14を介して配置される。
The heat storage and
本実施形態においては、図3又は図4のような、チューブ状の熱媒流路11に対応して切り欠け部3が形成された密閉中空体1を採用することが好ましい。
In the present embodiment, it is preferable to employ a sealed
第4の実施形態においても、密閉中空体1は、圧力が異なる環境下において膨張及び収縮することができる。第4の実施形態では、密閉中空体1の膨張時には、反応材13が、伝熱フィン14へと押し付けられる。一方、密閉中空体1の収縮時には、この押し付ける力が解除されるため、反応材13を容易に交換することができる。
Also in the fourth embodiment, the sealed
(第5の実施形態)
本実施形態の密閉中空体をプレート型熱交換器に適用した実施形態について説明する。図10に、本実施形態に係る蓄放熱装置の他の例の概略図を示す。
(Fifth embodiment)
An embodiment in which the sealed hollow body of the present embodiment is applied to a plate type heat exchanger will be described. In FIG. 10, the schematic of the other example of the thermal storage / dissipation apparatus which concerns on this embodiment is shown.
図10に示される第5の実施形態の蓄放熱装置は、密閉中空体1が、接続部15を介して反応材収納部12の外壁に熱的に接続されている以外は、第1の実施形態と同様の構成である。この実施形態において、密閉中空体1の材料は、伝熱性に優れた銅などの金属であることが好ましい。
The heat storage / dissipation device of the fifth embodiment shown in FIG. 10 is the first implementation except that the sealed
なお、密閉中空体1の接続部15と、反応材収納部12とは、例えば、溶接、ロウ付けなどの手法により熱的に接続することができる。
In addition, the
密閉中空体1が接続部15を介して反応材収納部12と熱的に接続されることにより、密閉中空体1自身が伝熱機能を有する。そのため、この伝熱機能を利用して、反応材と熱交換器との間のより効率的な熱交換が達成される。
When the sealed
以上、上述の実施形態では、密閉中空体をプレート型熱交換器又はフィンチューブ型の熱交換器に適用した例について説明したが、本発明はこの点において限定されない。反応材収納部に収納された固体の反応材が、密閉中空体の膨張及び収縮により、効率的な伝熱特性及び交換の容易性を実現することができる、如何なる熱交換器で使用することができる。また、上述の各々の実施形態の技術的特徴は、他の実施形態の一乃至複数の技術的特徴と組み合わせて使用しても良い。 As mentioned above, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which applied the sealed hollow body to the plate type heat exchanger or the fin tube type heat exchanger, this invention is not limited in this point. The solid reaction material stored in the reaction material storage section can be used in any heat exchanger that can realize efficient heat transfer characteristics and easy exchange by expansion and contraction of the sealed hollow body. it can. The technical features of each of the above embodiments may be used in combination with one or more technical features of other embodiments.
1 密閉型中空体
2 金属箔
3 切り欠け部
10 蓄放熱装置
11 熱媒流路
12 反応材収納部
13 反応材
14 伝熱フィン
15 接続部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記熱媒流路と熱的に接続され、反応媒体と可逆的に反応する反応材を収納する、反応材収納部と、
前記反応材収納部内に配置され、前記反応材収納部内の圧力に依存して膨張及び収縮し、前記の膨張時に前記反応材を前記反応材収納部の外壁に押し当てる密閉中空体と、
を有する蓄放熱装置。 A heat medium flow path through which the heat medium moves; and
A reaction material storage unit that is thermally connected to the heat medium flow path and stores a reaction material that reacts reversibly with the reaction medium; and
A sealed hollow body that is disposed in the reaction material storage unit, expands and contracts depending on the pressure in the reaction material storage unit, and presses the reaction material against the outer wall of the reaction material storage unit during the expansion;
A heat storage and heat dissipation device.
請求項1に記載の蓄放熱装置。 The sealed hollow body is thermally connected to the reaction material storage unit;
The heat storage and heat dissipation device according to claim 1.
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